高密度沉淀池處理鋼鐵工業廢水的應用

陸 荃

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司動力廠，廣西柳州 545006）

前言

近年來，國家加大環境保護力度，實施節能減排，重點推進鋼鐵等工業達標排放和超低排放改造，并重新規定了鋼鐵工業廢水的各項指標，如化學需氧量（COD）的含量由原來的100 mg/L 下降到50 mg/L，這給鋼鐵工業廢水的處理帶來了巨大的挑戰。在鋼鐵行業，用水量最大的是循環冷卻系統，其排放的廢水是鋼廠污水的主要來源。此外，鋼廠污水還包括焦化廢水、廠內生活污水、高鹽廢水、冷軋廢水等。工業污水的治理主要以循環利用為主，因此采用有效的技術對污水進行深度處理是行業關注的焦點。鋼鐵工業廢水排放的污染物主要有油類、懸浮固體（SS）、COD、總磷（TP）、氨氮等，廢水污染物種類多，結構復雜，處理難度大。為了使污水處理企業實現達標排放，引入新技術和改進工藝是目前研究的重點。

沉淀池是污水處理企業應用最廣泛的一項設施，常用的沉淀池可以分為豎流沉淀池、平流沉淀池、輻流沉淀池、加速澄清池、斜管板沉淀池等[1]，但是這些傳統沉淀池的處理工藝對廢水中的懸浮物、COD 等污染物處理效率不高，無法達到較高的水質要求，不利于循環利用。高密度沉淀池技術能夠改進傳統沉淀池的不足，其是一種具有污泥循環和斜管沉淀的廢水處理工藝，一體化程度高，沉降性能良好，大大提高污染物的去除效果[1,2]。

據報道，高密度沉淀池對COD 的去除率達到85%以上，對懸浮物的去除率可達85%[3]。該沉淀池適用范圍廣，其在鋼鐵廢水、生活污水、雨水、印染廢水等領域得到了廣泛應用[4,5]。因此，本文主要針對高密度沉淀池的構成、工藝原理、分類、優缺點及其高密度沉淀池應用于鋼鐵工業廢水處理的研究進展進行介紹。

1 高密度沉淀池的構造和工作原理

高密度沉淀池是一種緊湊、靈活的澄清工藝，它的構成可以分為混合區、絮凝反應區、沉淀濃縮區三個部分，其結構和工藝過程如圖1所示。

圖1 高密度沉淀池的結構及工藝過程示意圖

在混合區，原水和投入的混凝劑（聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等）混合均勻，形成較小的絮體。加入混凝劑的目的是使懸浮顆粒的穩定性降低。混合區出水進入絮凝反應區，該區域由快速攪拌區和無攪拌區構成。快速攪拌區利用可調速葉輪來對混合水的攪拌速度進行控制，無攪拌區可以增大礬花，使得礬花密度高、均勻。絮凝反應區結合助凝劑——聚丙烯酰胺（PAM）和回流污泥的共同作用，得到較大的絮體顆粒，增加顆粒的碰撞機會，減少系統投藥量，使懸浮固體濃度維持均衡，實現膠體、懸浮物、金屬游離物、乳化油等污染物的有效吸附。經過反應后的的污水送入到沉淀濃縮區的移動速度緩慢，可以防止絮體礬花受到破壞。

為了使沉淀反應更加徹底，保證出水水質，沉淀池上部采用高效斜板設置。沉淀濃縮區的面積較大，可以使大部分絮體礬花在重力的作用下發生沉淀，形成污泥并濃縮。濃縮的污泥一部分通過污泥循環泵回流到反應區入口，另一部分污泥由刮泥機刮到泥斗，再通過排泥泵抽送到污泥脫水系統進行處理。此外，高密度沉淀池內設置一臺超聲波泥位計，可以有效控制污泥量。經過處理后得到的污水被送到斜管分離區，將殘余礬花進行處理，再通過集水區將澄清水送入混凝反應區，最后出水進入到濾池。

2 高密度絮體礬花的形成機理

高密度沉淀池絮凝體密度高，沉降性能良好，其絮體礬花形成機理如圖2所示。原水中具有懸浮顆粒和膠體，膠體間帶負電相互排斥，不利于顆粒合并，從而導致沉淀困難。在高密度沉淀池混凝區加入混凝劑，可以提供大量的正離子，正離子能把膠體顆粒表面所帶的負電中和掉，使其顆粒間排斥力減小，從而容易靠近并凝聚成微絮體。通過在絮凝區投加絮凝劑致使微絮體及其他顆粒結合，從而產生較大的絮體礬花。此外，污泥的回流進一步強化了絮凝過程，使得礬花的密度高、半徑大，增加了它的沉降速度，從而使沉淀反應進行得更加徹底。

圖2 高密度絮體礬花的形成機理圖

3 高密度沉淀池的分類

3.1 RL型高密度沉淀池

目前，95%項目均使用RL型高密度沉淀池對污水進行處理[6]。該池的斜管下部是泥水混合物的入口位置，污泥和污水按照斜管沉淀池機理在斜管下的沉淀區進行分離，得到的沉淀被稱作阻礙沉淀，其他殘余的絮體被斜管截留。RL 型高密度沉淀池包括兩個沉淀過程，分別為深層阻礙沉淀和淺層斜管沉淀。該沉淀池常常被用于生活用水、生活污水的處理，其在工業污水重金屬離子和油污的處理等領域也具有一定的應用，但處理不夠徹底，仍需不斷開發新技術進行改進。

3.2 RP型高密度澄清池

這一類型高密度澄清池與RL 型高密度沉淀池不同，其內部不設有斜管，該池在污水排放標準要求一般的情況下可以使用，因此RP 型高密度澄清池較少被應用。

3.3 RPL型高密度澄清池

此類高密度沉淀池的應用也比較少，在處理沒有反作用和需要集中貯存污泥的情況下才采用RPL 型高密度澄清池，其還僅限于工業污水處理中特殊的沉淀工藝和非飲用水除碳工藝的使用。

4 高密度沉淀池的優缺點

4.1 高密度沉淀池的優勢

（1）高密度沉淀池集混凝、沉淀、濃縮功能于一體，一體化程度高，布局緊湊，占地面積小，降低了建設投資成本，運行費用低。

（2）高密度沉淀池在混凝過程中將有機高分子絮凝劑和PAM助凝劑聯合應用，可以使反應產生顆粒大、密度高、顆粒均勻的礬花，提高沉淀池的沉降性能，從而加快礬花的沉降速度，使得污水處理的效果得到有效提升。

（3）該池采用斜管沉淀池機理，設置高效斜板和污泥回流，使絮體礬花沉淀更加徹底，分離區上升流速較快，出水水質好，比常規沉淀池具有更好的絮凝和沉淀效果。

（4）污泥容易濃縮，沉淀池排泥速度較快，并且排泥濃度高，可以直接進行脫水處理，污泥處理操作簡單。

（5）高密度沉淀池抗沖擊負荷能力強，在較大范圍內不受流量或水質負荷變化的影響，工藝啟動迅速，處理效率高。

4.2 高密度沉淀池的缺點

(1)機械設備種類多，設備管理過程比較復雜，設備維護檢修工作量大。

（2）高密度沉淀池運行管理精度、流速調控要求高，需要經驗豐富的工作人員對設備控制進行監督和管理。

（3）電力能源要求高，能源的消耗量大，需要提供大量的電能維持設備的正常運行。

5 高密度沉淀池應用于鋼鐵工業廢水處理的研究進展

高密度沉淀池新型技術在歐洲國家十分流行，其具有相對于傳統處理工藝的獨特的設置和優勢，使它在國內也得到了很多的關注和推廣。許多企業都采用這一先進工藝來處理鋼鐵制造過程產生的污水。據了解，高密度沉淀池技術在首鋼污水處理工程和邯鋼第二污水處理廠的廢水處理中已經得到了成功應用，并證實該技術的引入可以有效提高鋼鐵行業處理生產廢水的質量和效率[1,7]。此外，曹政[8]等人對采用高密度沉淀池對包鋼廢水的實驗研究表明，該技術對廢水中的COD、硬度和濁度的去除效果明顯，達到出水的指標。企業對高密度沉淀池工藝的實際應用可以更好地推進污水處理技術的發展，為鋼鐵廢水處理技術的改進打下了堅實的基礎。

由于鋼鐵工業廢水的污染物種類多、含量高以及成分復雜，單獨應用高密度沉淀池技術對鋼鐵廢水處理不夠徹底，往往需要將其和各類濾池進行結合，共同對廢水的污染物進行深度處理，從而使污水達到預期的處理效果。目前，在北方地區的很多大型鋼鐵聯合企業將高密度沉淀池-V 型濾池-雙膜法工藝作為處理廢水的主流技術，其能改善補充水水質并回用，保持循環水系統的穩定運行[9]。張志揚[10]等人使用高密度沉淀池-活性砂過濾工藝應用于鋼鐵廢水的處理，能夠雙重保證出水水質，促進所在地水環境質量的改善。武鋼北湖污水回用工程將高密度沉淀池與微絮凝+V 型濾池聯合應用，進行了10 個月運行試驗分析表明，該體系對廢水的處理效果優于設計的預期目標，能夠有效去除鐵、懸浮固體、不溶性油等污染物[11]。綜上所述，高密度沉淀池的引入對污水處理技術的創新和改進提供了有力的支持，這些技術在環保領域中的發展前景將越來越廣闊。

6 結論

隨著經濟的快速發展，環保話題越來越受到關注，工業廢水的治理和排放標準也更加嚴格。高密度沉淀池作為一種新型高效的污水處理技術，成功應用于鋼鐵工業廢水的處理，為環保工作的有效開展貢獻較大。此類沉淀池的污染治理有成效，但還存在較多的問題，仍需對高密度沉淀池不斷研究和改進，將其與其他工藝聯用，開發更成熟、先進的工藝技術深度處理鋼鐵工業廢水。